关于SVPWM原理及其仿真详细说明

关于 SVPWM 原理及其仿真详细说明 SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种基于矢量控制的 PWM 调制技术，广泛应用于变频调速控制系统中。其主要目的是使变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未关注输出的电流波形。 基本原理 ---------- SVPWM 控制技术利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合，使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。从电动机的角度出发，着眼于使电机获得幅值恒定的圆形磁场。 逆变器的拓扑结构 ------------------ 图 1 显示了 PWM 逆变器的拓扑结构以及等效开关模型。逆变器的等效电路模型如图 2 所示。 电压矢量的表示 -------------- 在静止坐标系中，利用相电压合成电压矢量的表达式： $$U = U_{a} + jU_{b}$$ 其中，U 是合成的电压矢量，U_a 和 U_b 是两相静止坐标系下的相电压组件。 开关状态下的电压矢量 -------------------- 式（1）中将逆变器的开关状态下的电压矢量表示出来。通过分析另外 7 种开关状态，可以分别得到每种开关状态所对应的电压矢量，总结为表 1 所示。 表 1 逆变器的不同开关状态对应的空间矢量 | 开关状态 | A 相 | B 相 | C 相 | | --- | --- | --- | --- | | 000 | 0 | 0 | 0 | | 001 | 1 | 0 | 0 | | 010 | 0 | 1 | 0 | | 011 | 1 | 1 | 0 | | 100 | 0 | 0 | 1 | | 101 | 1 | 0 | 1 | | 110 | 0 | 1 | 1 | | 111 | 1 | 1 | 1 | SVPWM 控制的目标 ----------------- SVPWM 控制的最终目标是获得圆形的旋转电压矢量轨迹。在仅靠这 8 个电压矢量而不采取任何其它办法的情况下，就只能够得到轨迹为正六边形的旋转电压矢量。这与我们所追求的圆形旋转电压矢量相差甚远，必须引入多个中间矢量以逼近圆形的电压矢量轨迹。 SVPWM 仿真模块的搭建 ------------------------- 为了实现 SVPWM 控制技术，需要搭建一个模块，该模块的输入端为控制器发出的控制信号（），输出端应为 6 路触发脉冲。该模块主要包括以下子模块： * 扇区选择（Sector Selector）子模块 * 时间计算（Time Calculating）子模块 * 时间配合（Time Matching）子模块 * 触发脉冲产生（Pulses Generator）子模块 扇区的选择 ------------ 扇区的选择是 SVPWM 控制技术的关键。追踪电压型 SVPWM 控制技术是利用 8 个基本的电压矢量去追踪给定电压矢量。六个长度不为零的矢量将一个周期分成了 6 个扇区，为了减少管子的开关次数以及增加系统的稳定性，合成目标矢量采用其所在扇区最近两个基本矢量和两个零矢量共同合成。 例如，当电压矢量指令出现在第扇区时，应当用、、、来合成中间电压矢量以追踪电压指令。 如何确定电压指令矢量所在的扇区？从图 4 可以看出，的正负可以决定矢量上半部分的三个扇区或者下半部分的三个扇区，剩下的任务就是判断在三个扇区中的哪一个，以区分 、、为例，考虑临界情况如下页图 5 所示： 图 5 临界扇区的判断 由图（a）所示： $$U_a > 0, U_b > 0$$ 由图（b）所示： $$U_a < 0, U_b > 0$$ 式中，为扇区，为方便起见，令： $$\theta = atan2(U_b, U_a)$$ 则可得到第 扇区的判别条件为： $$\theta > 0, \theta < \pi / 3$$ 等等。 SVPWM 控制技术是一种高效的 PWM 调制技术，广泛应用于变频调速控制系统中。通过对 SVPWM 控制技术的研究和仿真，可以更好地理解和应用这项技术，从而提高变频器的性能和效率。